新型电力抗干扰电源的设计

江宁聪，郭 迪，周鑫宇，赖志耀，李慧霖

（湖南科技大学，湘潭 411100）

1 引言

电源是一种向电子设备供电的装置，也被称为电源供应器。它提供电器所有部件所需的所有电能。电源的内部设计、电流和电压是否稳定，将直接影响到电子系统的使用寿命以及其稳定性。尤其是直流稳压电源的设计，关系到整个电路系统的稳定性和寿命，可见电源设计是电路设计中的一个尤为重要的环节。但是在电源为系统提供能量的同时，由于电路中的不稳定电流和电路中的电磁辐射，所以电路系统也给电源增加了噪声信号，但是在一个电子系统中，通常存在对电源中的噪声敏感的电路，其中模拟电路和数字电路，高功率电路和小信号电路，时钟线和信号线。微控制器的复位线、中断线等控制线最容易受到外部噪声干扰。如果电源设计不当，对电源电路的强干扰会通过电源进入其他电路，从而影响噪声敏感电路的性能。甚至不能正常工作。

例如，A/D转换电路中的模拟信号无法承受电源的干扰。然而，目前国内外电源的抗干扰能力较弱。尤其是对高精密的电子仪器来说，需要电源的抗干扰的要求较高，因此，为了提高电源的抗干扰能力，需要不断的改进与创新。

针对这种问题，本文提出了一种新型解决方案，设计的系统方案具有价格低廉，系统设计简单，抗干扰能力较强的特点。

2 系统方案

2.1 直流稳压电源原理介绍

直流稳压电源大体上的设计思路就是首先通过变压器将交流电压由220V降为15V，整流电路可将交流电转变为直流电，对其脉动变换较大的电流采用滤波电路进行过滤，然后通过稳压电路就可以获得较为稳定的直流电。

下图为直流稳压电源的系统框图。

2.2 硬件总体设计

本抗干扰电源为直流稳压电源，其由五个部分设计电路组成：电源变压器，整流电路，悬浮开关电路，滤波电路，稳压电路。

元器件介绍：变压器T、整流器DR、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容至第六电容C1-C6、非门控制芯片IC1、可变电阻RT、三端稳压器IC2，第一电子开关A1至第四电阻开关A4、电位器RP。设计图如图1所示

图1

2.2.1 整流电路的论证与选择

本系统的每个部分设计都经过测试与思考，整流电路部分设计我们经过思考与查询大量资料后有三种设计方案。

方案一 单相半波整流电路

单相半波整流电路利用了二极管使得电流只能单相通过的特性，从而达到除去半周、剩下半周只输出交流电的一半波形的效果，但是其整流效率并不高，对变压器的利用率较低。

方案二 单相全波整流电路

单相全波整流电路的采用了两个整流器，一个负责反方向的电流，一个负责正方向的电流，利用率比方案一要高，但是其不足之处是对反向电压的要求较高。

方案三 单相桥式整流电路

该电路中存在四个二极管，利用二极管的单向电流导向作用，在交流输入电压U2的正半周内，二极管D1、D3导通，D2、D4截止，在负载RL上得到上正下负的输出电压；在负半周内，正好相反，D1、D3截止，D2、D4导通，流过负载RL的电流方向与正半周一致。其对变压器的利用率较前两种方案而言较高，综合以上三种方案的优劣，我们采用了方案三。电路如图2所示。

2.2.2 稳压电路

本系统稳压电路采用LM317集成电路模块，LM317是一种可以改变输出电压的三端正电压稳压集成模块。在输出电压范围1.2V到37V时能够提供超过1.5A的电流，此稳压器十分容易使用。

图2

2.3 系统结果与分析

在测试，我们将周期进行反复切换，第一电子开关A1至第四电子开关A4在电路中起悬浮开关作用，交流电AC经降压整流得到15V直流电源，当控制电路输出为正半周时，非门控制芯片CD4069UB第八引脚输出高电平，第六引脚输出为低电平，第二电子开关A2和第三电子开关A3导通，第一电子开关A1和第四电子开关A4截止，此时复充电源第二电容C2被充电，且与负载脱离，复充电源第一电容C1向负载供电且与电源脱离，当控制电路输出为负半周时，非门控制芯片IC1第八引脚输出为低电平，第六引脚输出高电平，从而使第二电子开关A2和第三电子开关A3截止，第一电子开关A1和第四电子开关A4导通，复充电源第一电容C1由电源充电与负载脱离，第二电容向负载供电且与电源脱离，起开关作用，实现了隔离充电，抗干扰性强，适用于对抗干扰性要求高的场合。

3 结语

由于电源引入的干扰是最直接和强烈的，由此可见电源的抗干扰设计对于仪器设备相当重要，本设计提出了一种新型抗干扰电源的设计方案，采用非门控制芯片为主控制芯片，同时配合四个电子开关构成悬浮式开关，使电源的输入输出端隔离，本设计方案的实施成本低廉，原理简单易懂，能够在一定程度上保证仪器的正常输出。理论分析以及实际测试应用都证明了上述电源干扰抑制系统方案具有较高的可行性，具有一定的市场应用前景。